蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液稳定性和品质的影响

贺紫琼，杨杨，张立彦

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640）

工业骨类高汤因需求量大，能方便家庭及餐饮业长期、稳定使用而发展迅猛。经研究发现，骨汤中的成分及组成非常复杂，既包括可溶性蛋白质、游离氨基酸、多糖、脂肪等从骨和肉中迁移而出的食材原生成分，也有各成分间相互反应生成的新成分及新构造，例如各组分通过分子间次级键形成的微/纳米胶体粒子[1,2]。由于骨汤的组分及组成复杂，普遍存在乳化效果差、储藏易分层等问题[3]。如何促进骨汤中的水-油乳化，稳定各类粒子，提高骨汤的稳定性，是骨汤制品生产中亟待解决的技术难题。

食品乳化剂是食品中常用的食品添加剂，它能改善食品的口感及稳定性，加入乳化剂是提高骨汤稳定性、增加骨汤经济效益的有效措施，例如高浩源等[4]研究采用单硬脂酸甘油酯（单甘酯）、丙二醇脂肪酸酯、Span80 和阿拉伯胶提高牛骨白汤的稳定性，发现添加质量分数0.8%丙二醇、质量分数0.7%单甘酯以及质量分数0.8%阿拉伯胶，可以使牛骨白汤的乳化度提高至0.92，乳化稳定性较好。相对国外而言，我国骨汤的工业化生产比较落后，对骨汤制备的研究多集中于原料特性、熬煮工艺、酶解增香及风味调配等方面，而使用乳化剂来提高骨汤乳化稳定性的研究相对较少[5-9]。

食品乳化剂能降低水油两相的表面张力使食品中不相溶的液体（如油与水）形成稳定的乳浊液，有离子型乳化剂、非离子型乳化剂及天然乳化剂等类型，品种多且应用广，在食品工业中起到重要作用[1]。但是，食品乳化剂单独使用时，由于性质或结构上的局限性，不能很好地稳定乳液，而且通常一种乳化剂只对应一个HLB 值，无法满足复杂体系的需要，因此可将两种或多种乳化剂复配使用，共同发挥作用并获得协同效应[10]。例如，曾清清等研究发现复配乳化剂——67.4%蔗糖酯-13+32.6%单甘酯-3.8 可使鸡骨高汤的稳定性系数R 值达到最大，乳化稳定性最好[11]。还有，如果将单、双甘油酯与蔗糖酯复配后控制HLB 在8～9 之间，可以使稀奶油的泡沫稳定性及涂抹性变好，产生的聚结及结晶性能也更好[12]。

乳化剂在复配时通常以乳化剂本身的HLB 值为参考，将2 个HLB 值相差较大的非离子乳化剂复配，根据其添加质量分数计算得到总的HLB 值。但是，不同的乳化剂进行复配即使得到相同或相近的HLB 值，但实际的乳化效果可能存在较大差异[13]。因此，在食品中添加复配乳化剂时需要寻找出最适合的复合配比，才能更好的提高食品质量。本研究选择液体食品中常用的HLB 13 的亲水性乳化剂——蔗糖酯，将其分别与亲油性非离子型小分子乳化剂单甘酯、两性离子型天然乳化剂大豆卵磷脂及多糖颗粒微晶纤维素两两复配，研究不同复配比例（HLB 值）条件下，对复合骨汤乳液乳化稳定效果及感官品质的影响，并通过测定骨汤乳液中乳滴平均粒径D[4,3]及分布系数（Polydispersity Index，PDI）、Zeta 电位、粘度等指标，分析复配乳化剂改善乳液稳定性的内在原因，为复配乳化剂在骨汤制品中的应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻猪胫骨、鸡骨架，广州市泰东食品商行；玉米油，金龙鱼粮油食品股份有限公司；蔗糖酯（食品级，HLB 值=13），分子蒸馏单甘酯（简称单甘酯，食品级，HLB 值=3.8），大豆卵磷脂（食品级，HLB 值=3.0），微晶纤维素（食品级，HLB 值=7.0），广东华盛食品有限公司。

1.2 仪器与设备

T18 高速分散机：德国IKA 公司；BSA224S精密电子天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司；752 型紫外分光光度计：上海现科分光仪器有限公司；RE-52B 型旋转蒸发仪：上海青浦沪西仪器厂；H2050R 台式高速冷冻离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；NDJ-5S 型数显旋转粘度计，河北惠采科技有限公司；Malvern Nano ZS 型动态光散射仪，英国马尔文仪器有限公司；Malvern 2000 激光粒度散射仪，英国马尔文仪器有限公司；DHG140B 电热鼓风干燥箱：上海安亭科学仪器。

1.3 实验方法

1.3.1 复合骨汤乳液的制备

工艺说明：复合骨汤经真空蒸发浓缩至可溶性固形物含量25%（m/m）左右，得到复合骨汤浓缩液。玉米油的添加浓度为20%（V/m），按一定比例将乳化剂分别溶解于少量骨汤浓缩液或玉米油中，混合分散后加入到骨汤浓缩液中，通过高速分散机以20 000 r/min 的速度剪切3 min，每剪切1 min 后停止间隔30 s，得到所需浓缩骨汤乳液。在测定指标前，将浓缩骨汤乳液冲调稀释50 倍，得到复合骨汤乳液。

1.3.2 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤稳定效果的研究

蔗糖酯与单甘酯、大豆卵磷脂及微晶纤维素分别按照HLB 值不同进行两两复配，按1.3.1 的方法制备乳液，选择乳化剂质量分数为1%（m/m），研究复配乳化剂对复合骨汤乳液稳定性等指标的影响。

1.3.3 复配乳化剂HLB值的计算

两种乳化剂复配后的HLB 值，按照如下公式计算[11]：

式中：

H——亲水亲油平衡值(HLB)；

X——乳化剂A 占复配乳化剂总质量的百分比；

Y——乳化剂B 占复配乳化剂总质量的百分比。

蔗糖酯与其他三种乳化剂两两复配比例如表1所示。

1.3.4 复合骨汤稳定性R值的测定

参考曾清清[11]的方法并稍作修改：将浓缩骨汤乳液稀释50 倍，在波长540 nm 处测量样品的吸光度A0，使用高速离心机在5 000 r/min 条件下将稀释乳液离心10 min，离心后在同一波长下测量样品的吸光度A1，平行测定三次并取平均值。乳液R值按如下公式计算，R值大的乳液稳定性好。

式中：

R——稳定系数；

A0——离心前样品的吸光度；

A1——离心后样品的吸光度。

1.3.5 复合骨汤乳液粒径和Zeta电位的测定

用超纯水将浓缩骨汤乳液稀释50 倍，使用Malvern Nano ZS 型动态光散射仪和Malvern 2000激光粒度散射仪分别测定复合骨汤乳液中乳滴粒子的平均粒径D[4,3]及粒径分布系数PDI、Zeta 电位，使遮蔽度小于15%以避免多重衍射效应。平行测定三次并取平均值。

1.3.6 复合骨汤乳液粘度的测定

将1.3.1 中制备的复合骨汤乳液置于NDJ-5S 型数显旋转粘度计中，选取1 号转子在转速30 r/min下测定乳液的粘度值。平行测定三次并取平均值。

1.3.7 复合骨汤乳液感官评定方法

邀请15 名来自不同地区的食品专业人员，经过培训后对稀释50 倍后的复合骨汤乳液的可接受性、滋味、稠度、香气及颜色外观进行评定，并按照表2 中感官评分标准进行评分，汇总后取平均值。采用双盲法对样品进行密码编号，样品与顺序随机。

表2 复合骨汤感官品质评分标准Table 2 Sensory quality scoring criteria of compound bone broth

1.3.8 数据分析

采用Excel 10 计算不同指标的数据，以平均值±标准差形式表示；Origin 2018 作图；用SPSS 12.0对测定指标进行方差分析，应用最小显著差异法（Least Significant Difference Method，LSD）进行多重比较，分析不同样品间的差异显著性，取95%置信度（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液稳定系数的影响

从图1 可看出，对于添加蔗糖酯-单甘酯二元复配乳化剂的情况，随着复配乳化剂HLB 值不断增大，蔗糖酯的添加量逐渐增多，复合骨汤乳液的R值先显著增大（P＜0.05）而后逐渐减小。在复配乳化剂HLB 值为8（蔗糖酯和单甘酯的质量比为46% : 54%）时，乳液具有最大R值（0.87），显著高于空白对照样（纯骨汤，R值=0.48）及其他复配HLB 值及乳化剂单一使用时的情况（蔗糖酯 : 0.84，单甘酯 : 0.61），此时乳液最稳定。与徐效圣等[14]的研究略有差异，其研究表明蔗糖酯和单甘酯的质量比为60% : 40%时，核桃乳液油水体系最稳定，所以食品体系成分不同会影响复配乳化剂的最适配比。

图1 蔗糖酯二元复配乳化剂HLB 值对复合骨汤乳液R 值的影响Fig.1 Effect of HLB value of sucrose ester binary compound emulsifier on R value of composite broth emulsion

蔗糖酯与大豆卵磷脂进行复配时，复合骨汤乳液的R值随复配乳化剂HLB 值的变化较为平缓，但总体呈现先下降后上升的趋势，说明乳液的稳定性先下降而后升高。在复配乳化剂HLB 值为9时乳液具有最小R值，而在HLB 值为12（蔗糖酯和大豆卵磷脂的质量比为90%:10%）时乳液R值最大（0.90），显著大于空白对照样及单独使用蔗糖酯（HLB=13，R=0.84）及大豆卵磷脂（R=0.86）时（P＜0.05），说明两者复配存在协同增效作用。

微晶纤维素是一种直链式线性多糖，不溶于水，充分分散在水中后能与水分子之间通过氢键结合，形成均匀的三维网络结构，成为空间屏障[15]，从而在乳液中发挥乳化稳定作用。微晶纤维素的HLB值为7，因此在图1 中没有复配HLB 值6 时的数据。随着复配乳化剂HLB 值逐渐升高，复合骨汤乳液R值先显著上升至0.83（P＜0.05），之后虽逐渐增加但不明显（P＞0.05）。也就是说，乳液最大R值与单独使用蔗糖酯（HLB=13）时差异不显著（P＞0.05）。比较而言，与蔗糖酯复配后骨汤乳液的R值均显著大于单独使用微晶纤维素时的情况（R=0.5，P＜0.05），表明蔗糖酯复配能够明显改善微晶纤维素的乳化能力，但两者之间的协同效应不明显。

2.2 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液粒径及分布系数的影响

一般地，在不考虑其他因素情况下，乳液中乳滴的粒径越小，乳液就越稳定，发生部分聚集的可能性越低[16]。表3、表4 中数据显示，添加蔗糖酯和单甘酯的乳液中乳滴平均粒径D[4,3]及其分布系数PDI 随复配乳化剂HLB 值的增加先显著下降而后快速上升（P＜0.05），之后又逐渐下降，在复配乳化剂HBL 为8 时具有最小的平均粒径D[4,3]（1 496 nm）和PDI 值（0.25），表明此条件下乳滴小且大小均匀，在乳液中能够很好地分散，彼此之间不容易碰撞发生沉淀聚集，对应较高的乳液R 值（0.87）。Tual等[16]的研究也显示，在蔗糖酯和单甘酯的相互作用中，蔗糖酯比例的增多可以有效降低乳液的界面张力，乳滴相互之间的聚集减少，使得乳液的平均粒度变小，乳液稳定性提高。但当复配乳化剂HLB值超过8 后，乳滴平均粒径D[4,3]则表现为先增大然后基本保持稳定。蔗糖酯-单甘酯复配后乳液乳滴的粒径及分布系数均比单独添加时显著降低（蔗糖酯：D[4,3]2 034.4 nm，PDI 0.67；单甘酯：D[4,3]2 729.3 nm，PDI 0.61）（P＜0.05）。这是因为当蔗糖酯的含量较高时，可能超过了其临界胶束浓度，在乳液中团聚形成球状胶束，使得乳液的粒径变大，并导致其稳定性在蔗糖酯增多时反而下降（图1）。而对于单甘酯，因为对水的亲和力较弱，需破坏水分子间的氢键才能溶解，扩散到骨汤-油界面的速率较慢，乳滴不能及时被乳化剂覆盖而形成完整的界面膜，会使油滴聚集变大[17]。另外，从分子构象上来说，单甘酯亲水基团为线性，而蔗糖酯的亲水基团为环状，搭配使用后存在构象互补现象，可以产生优势互补、互相增效的效果[18]。很多其他食品体系，例如调制乳饮料、植物蛋白饮料或稀奶油制品中也表现出这两种乳化剂协同增效的现象[17,19,20]。

表3 蔗糖酯二元复配乳化剂HLB值对复合骨汤乳液平均粒径的影响Table 3 Effect of HLB value of sucrose ester binary compound emulsifier on average particle size of composite broth emulsion

表4 蔗糖酯二元复配乳化剂HLB值对复合骨汤乳液平均粒径分布系数的影响Table 4 Effect of HLB value of sucrose ester binary compound emulsifier on average particle size distribution coefficient of composite bone broth emulsion

随着蔗糖酯与大豆卵磷脂复配HLB 值逐渐增大，乳液中乳滴平均粒径D[4,3]及粒径分布系数PDI值呈现先增大后减小的趋势。蔗糖酯是非离子型乳化剂，而大豆卵磷脂是两性离子型乳化剂，前者在乳液中吸附到液滴表面，通过增大空间位阻增加液滴之间的空间斥力，减少液滴的聚集以提高乳液的稳定性，而后者则在吸附到液滴表面后，通过增加液滴之间的静电斥力，减少液滴的聚集以提高乳液的稳定性[21]。随着蔗糖酯与大豆卵磷脂复配HLB值逐渐增大，蔗糖酯的添加量逐渐增大，会在油滴间形成微胶束，增强其在油滴表面的空间阻碍效应，有利于乳滴尺寸变小且易于分离分散[22]。与另外两组相比，蔗糖酯和大豆卵磷脂复配使用可使乳液乳滴的平均粒径最小达725.1 nm（HLB 值=12），显著小于蔗糖酯和大豆卵磷脂单独添加时乳滴的平均粒径D[4,3]为2 034.4 nm 和1 542.3 nm（P＜0.05）。

随着蔗糖酯与微晶纤维素复配乳化剂的HLB值逐渐增大，蔗糖酯添加量增加，乳滴平均粒径D[4,3]显著减小（P＜0.05），最小可达到1 367.1 nm（复配HLB 值12），同时粒径PDI 值也不断减小，说明乳液液滴逐渐变小且分散均匀，不容易聚集，乳液的稳定性逐渐增大，与图1 所示趋势相对应。对比单独使用蔗糖酯（D[4,3]2 034.4 nm，PDI 0.67）和微晶纤维素（D[4,3]5 691.3 nm，PDI 值无法测得）时数据，说明复配乳化剂的乳化分散效果更优。

2.3 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液Zeta电位的影响

如图2 所示，添加复配蔗糖酯+单甘酯的骨汤乳液，在HLB 值为8 时有最大的Zeta 电位绝对值（34.8 mV），高于空白对照样（-31.2 mV），表明此时乳滴表面带电荷量较多，静电斥力较大，乳滴不易聚集或沉降，乳液易保持稳定。乳液整体的Zeta电位绝对值随复配乳化剂HLB 值的变化并不是太大（除HLB 值=8 外），这可能是因为蔗糖酯和单甘酯都是非离子型乳化剂，主要通过亲油亲水基团吸附到乳滴表面，增加乳滴间的空间位阻以提高乳液的稳定性[23]。

图2 蔗糖酯二元复配乳化剂HLB 值对复合骨汤乳液Zeta 电位的影响Fig.2 Effect of HLB value of sucrose ester binary compound emulsifier on Zeta potential of composite broth emulsion

大豆卵磷脂是一种两性离子型表面活性剂，在乳液中能解离而带有电荷，具有特殊的表面活性[21]，能够有序地排列在乳液的油-水界面上构成单层或者双层乳化层，或形成多层结构的封闭囊泡[24]。当蔗糖酯与大豆卵磷脂复配乳化剂HLB＜9 时，随着HLB 值逐渐减小，即大豆卵磷脂的比例增加而蔗糖酯减少时，乳滴Zeta电位绝对值显著变大（P＜0.05），这是由于大豆卵磷脂在乳液中解离并吸附到乳滴表面，从而明显提高了乳滴表面电荷量，并增加了乳滴之间的静电斥力，防止乳液液滴絮凝；当复配乳化剂HLB＞9 后，随着HLB 值逐渐提高，蔗糖酯添加量逐渐增多，Zeta 电位绝对值下降但变化幅度不及HLB＜9 时的情况，说明此时蔗糖酯在液滴之间形成的空间斥力发挥了主要作用，使乳液稳定。

图2 显示，蔗糖酯和微晶纤维素复配乳化的骨汤乳液，其Zeta 电位绝对值均小于30 mV。随着复配HLB 值逐渐减小，蔗糖酯添加量不断增加，乳滴表面电荷逐渐减少，静电斥力也逐渐减小。总的来说，蔗糖酯和微晶纤维素复配对乳液中乳滴表面电荷的影响不大，甚至显著低于单独使用时的情况（蔗糖酯：-32.4 mV，微晶纤维素：-35.1 mV）（P＜0.05）。

2.4 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液粘度的影响

乳液粘度较大时，油滴之间由于阻力较大导致迁移率下降，降低相互碰撞聚结的几率，减少聚集[25]。纯骨汤及单独添加蔗糖酯、单甘酯、大豆卵磷脂及微晶纤维素后，复合骨汤乳液的粘度分别为4.24、7.48、5.94、7.12 和5.22 Pa.s。如表5 所示，随着HLB 值增加，添加3 种复配乳化剂后乳液粘度均先增大后降低，然后再变大。这可能是因为蔗糖酯分子量较小且具有线性的亲水基团，在与其他乳化剂复配时，当其添加量逐渐增大并超过复配乳化剂的最佳配比后，过量的蔗糖酯附着在乳滴表面，形成较强的空间位阻并阻碍乳液流动，使测得的乳液粘度增大。

表5 蔗糖酯二元复配乳化剂HLB值对复合骨汤乳液粘度的影响Table 5 Effect of HLB value of sucrose ester binary compound emulsifier on viscosity of composite broth emulsion

蔗糖酯与单甘酯复配后，在HLB 值为8 时骨汤乳液粘度值达到最大值（8.91 Pa.s），表明此时乳滴之间粘度较大，乳滴不易聚集，乳液易保持稳定状态。高浩源等[4]研究发现添加质量分数0.6%单甘酯的牛骨汤的表观粘度显著增加，单甘酯能增加牛骨汤的粘性模量，减小其流动能力。在蔗糖酯和大豆卵磷脂的HLB 值9～12 范围内乳液粘度均较大，高于添加另外2 种二元复配乳化剂乳液的粘度。这是因为蔗糖酯和大豆卵磷脂两种乳化剂优势互补，复配使用后乳液乳滴之间同时存在较大的空间斥力和静电斥力[21]，使得乳滴的粒径较小且数量多，阻碍乳液流动而导致粘度变大。

添加蔗糖酯和微晶纤维素的乳液粘度随复配乳化剂HLB 值增大而逐渐下降，在HLB 值为11 时，粘度降至6.37 Pa.s。微晶纤维素乳化性能不是通过增大乳液中乳滴表面的静电斥力或乳液粘度，以此增加液滴之间的运动阻力来实现。当其分散在水中时，与水通过氢键形成三维网络结构，从而防止乳滴沉降以及乳滴重聚，达到稳定乳液的效果。因此，在微晶纤维素中加入蔗糖酯进行复配，蔗糖酯能够迅速吸附到乳液表面，在油相和水相中展开，增大液滴之间的空间斥力，同时微晶纤维素通过高速剪切产生的弱凝胶妨碍液滴的运动聚集，以此来改善乳液的稳定性[26]。

2.5 蔗糖酯二元复配乳化剂对复合骨汤乳液感官评价的影响

如图3、4、5 所示，三种二元复配乳化剂的HLB 值对复合骨汤乳液的稠度、色泽和可接受度影响较大，对香气及滋味影响相对较小。对于复配添加蔗糖酯+大豆卵磷脂、蔗糖酯+微晶纤维素的复合骨汤乳液，随着复配乳化剂HLB 值增大，骨汤的可接受度逐渐升高，在HLB 值为12 时骨汤乳液感官评分值最高。而在蔗糖酯与单甘酯复配HLB 8 时，骨汤乳液感官评分值最高。骨汤乳液色泽评分值也具有类似的变化规律。这是因为在相应的复配比例下，当乳液中乳滴粒径小，乳滴分散均匀且稳定性强时，形成的复合骨汤乳液折光率强，表现出均匀的乳白色泽，色泽评分较高。随着蔗糖酯+大豆卵磷脂复配HLB 值增加，骨汤乳液各项感官评分均不断上升，这与乳液乳化分散均匀稳定相关。但是，单甘酯略带苦味、大豆卵磷脂带有大豆的香气与滋味，随其添加比例逐渐升高（复配HLB 值减小），会破坏复合骨汤原有的风味，使复合骨汤的香味和滋味反倒有所下降。

图4 蔗糖酯＋大豆卵磷脂复配乳化剂对复合骨汤乳液感官评价的影响Fig.4 Effect of sucrose ester+soy lecithin compound emulsifier on sensory evaluation of composite broth emulsion

从图3～5 还可以发现，蔗糖酯与其他三种乳化剂复配后，骨汤乳液的感官评分均高于其单独使用（图中HLB 13 时均为蔗糖酯单独，图5 中HLB 7 时为微晶纤维素单独使用）时的情况，说明上述三种二元复配乳化剂对骨汤的乳化及稳定具有突出作用。

图5 蔗糖酯＋微晶纤维素复配乳化剂对复合骨汤乳液感官评价的影响Fig.5 Effect of sucrose ester+microcrystalline cellulose compound emulsifier on sensory evaluation of composite broth emulsion

3 结论

蔗糖酯分别与单甘酯、大豆卵磷脂复配后有较明显的协同增效作用，但与微晶纤维素的协同效应不明显。蔗糖酯与单甘酯复配HLB 为8（复配比例46%:54%）时，或蔗糖酯和大豆卵磷脂在复配HLB值12（复配比例90%:10%）时，或蔗糖酯与微晶纤维素复配HLB 值在9～12 之间时，骨汤乳液均表现出良好的乳化稳定性。3 种蔗糖酯二元复配乳化剂中蔗糖酯与大豆卵磷脂复配对骨汤稳定效果最优，其复配后可以明显降低乳液中乳滴粒径，增大乳滴表面的电荷量和乳液的粘度，使乳滴相互之间同时存在较大的空间斥力和静电斥力，从而在乳液中分散性好且不容易聚集上浮，对乳液的稳定效果优于其它2 组二元乳化剂组合。

复配乳化剂的HLB 值对复合骨汤乳液的稠度、色泽和可接受度影响较大，对香气及滋味影响较小。在蔗糖酯+大豆卵磷脂、蔗糖酯+微晶纤维素复配HLB 值为12 时，或在蔗糖酯与单甘酯复配HLB8 时，骨汤乳液感官评分值最高。研究结果可以确定复合骨汤中常用食品乳化剂的复配比例，为改善复合骨汤的乳化特性及综合品质奠定基础，对开发高汤制品并推广其应用具有较强的参考价值。